Table of Contents
Zeolite là gì?
Zeolite là gì?
Zeolit là tinh thể khoáng silicat alumino của một số kim loại có hệ thống mao quản đồng nhất chứa cation nhóm I và II. Chất này có công thức hóa học chung Mx/n[(AlO2)x(SiO2)y].zH2O, trong đó:
- M là kim loại kiềm hoặc kiềm thổ hóa trị n.
- y/x là tỷ lệ nguyên tử Si/Al và tỷ lệ này sẽ thay đổi tùy theo loại zeolit.
- z là số lượng phân tử nước (H2O) kết tinh trong zeolit.
Zeolite có khả năng hấp thụ kim loại và amoniac ở dạng H2S, NO2, NH3, N-NH4+…, tham gia tuần hoàn nước và cung cấp oxy.
Tên Zeolite được nhà khoáng vật học Axel Fredrik Cronstedt (Thụy Điển) đặt vào năm 1756. Ông phát hiện ra hóa chất này khi đun nóng nhanh stilbit và thấy một lượng lớn hơi nước được tạo ra bởi vật liệu được hấp phụ trước. ở đó. Dựa vào hiện tượng này ông gọi nhóm vật liệu hấp thụ đó là Zà zeolit.
Hiện nay, các hạt Zeolit có kích thước dao động từ 1.000-5.000 nm và trong tương lai kích thước này có thể giảm xuống dưới 100 nm để tạo ra vật liệu nano.
Cấu trúc của Zeolit
Zeolite bao gồm một mạng lưới 3 chiều gồm các tứ diện SiO4 liên kết với nhau trong không gian 3 chiều để tạo thành các khối đa diện, trong đó một số nguyên tố Si được thay thế bằng nguyên tử Al và tạo thành các khối. tứ diện AlO4.
Trong tinh thể Zeolite, tứ diện SiO4 và AlO4 được liên kết với nhau thông qua các nguyên tử oxy. Không gian bên trong tinh thể sẽ bao gồm các khoang nhỏ được nối với nhau bằng các rãnh có kích thước ổn định. Nhờ hệ thống lỗ rỗng và các rãnh này, Zeolite có thể hấp phụ các phân tử nhỏ hơn kích thước lỗ rỗng, sau đó đẩy ra các phân tử lớn hơn.
Vì nó được hình thành khi Al thay thế một số nguyên tử Si trong mạng tinh thể SiO4 nên mạng tinh thể của Zeolit mang điện tích âm. Để trung hòa điện tích, Zeolit cần bổ sung các ion dương để bù cho điện tích âm dư thừa. Các ion dương đó thường là các ion kim loại kiềm (Na+, K+…) hoặc kiềm thổ (Mg2+, Ca2+…). Các ion dương này nằm ngoài mạng tinh thể Zeolite và có thể dễ dàng tham gia vào quá trình trao đổi ion với các ion dương khác.
Nhờ đặc tính này mà chúng ta có thể biến tính Zeolit cho phù hợp với những ứng dụng mới trong quá trình hấp phụ và xúc tác.
Có những loại Zeolit nào?
Có những loại zeolit nào?
Hiện nay trong tự nhiên có khoảng 48 loại Zeolit và 150 loại Zeolit đã được tổng hợp. Cụ thể chúng sẽ được phân loại theo các tiêu chí sau:
KHÔNG | Tiêu chí phân loại | Zeolit |
1 | Phân loại theo nguồn gốc hình thành Zeolit | – Zeolit tự nhiên – Zeolit nhân tạo |
2 | Sự phân chia không gian của các kênh tạo thành cấu trúc mao mạch | – Loại có hệ thống mao quản một chiều. – Loại có hệ thống mao dẫn hai chiều. – Loại có hệ thống mao dẫn ba chiều. |
3 | Phân loại theo kích thước và đường kính của mao mạch | – Zeolite có các mao mạch nhỏ, đường kính từ 3 – 4A. – Zeolit mao dẫn trung bình, có đường kính từ 4,5 – 6A. – Zeolit có mao quản rộng, đường kính từ 7->15A. |
4 | Theo tỉ lệ Si và Al | – Zeolite có hàm lượng Si thấp (Si/Al=1-1,5: A, X) – Hàm lượng Si và Al trung bình (Si/Al=2-5: zeolite Y, chabazite…) – Hàm lượng Si cao (ZSM-5) |
Cách tạo Zeolite tự nhiên và nhân tạo
Trong tự nhiên
Trong tự nhiên, Zeolite là sản phẩm của sự kết hợp giữa tro núi lửa, đá và kim loại kiềm có trong nước ngầm. Nó là một khoáng chất có thể tạo thành nhiều cấu trúc khác nhau được tạo thành từ các mảng silica, nhôm và oxy được gọi là aluminosilicates, trong đó Clinoptilolite là loại phổ biến nhất. Nhờ cấu trúc và thành phần như vậy nên Zeolite có tính xốp và có tính trao đổi ion dương cao. Tính chất trao đổi của các loại Zeolite khác nhau tùy theo từng loại.
Zeolit nhân tạo
Để tạo ra Zeolite nhân tạo, chúng ta có thể áp dụng một trong các cách sau:
– Được tổng hợp từ gel đun nóng trong nồi hấp có chứa hợp chất silicon, nhôm, dung môi, chất khoáng hóa và chất tạo hình cấu trúc (SDA). Kích thước lỗ xốp, đặc biệt là micropores sẽ phụ thuộc vào tính chất gel, điều kiện phản ứng và kích thước của chất tạo hình cấu trúc.
– Tổng hợp trực tiếp từ aluminat và silicat.
– Được tổng hợp từ các nguyên liệu tự nhiên, aluminosilicat biến tính như khoáng phi kim loại (bentonite, kaolin).
Ứng dụng thực tế của Zeolit là gì?
Ứng dụng của zeolit
Zeolite được ứng dụng trong nhiều lĩnh vực, cụ thể:
– Trong nuôi trồng thủy sản: Zeolite có khả năng hấp thụ amoniac, đặc biệt ở môi trường nước ngọt khả năng hấp thụ này tốt hơn. Bởi vì, khi độ mặn tăng lên, khả năng hấp phụ amoniac của Zeolite bị hạn chế do các cation hòa tan trong nước lợ.
– Sản xuất phân bón Zeolite: Khi bón vào đất, Zeolite sẽ từ từ giải phóng các chất dinh dưỡng có trong phân vào trong đất, giúp tiết kiệm lượng phân bón cần sử dụng. Bên cạnh đó, do có tính chất xốp nên phân Zeolite giúp đất trở nên xốp hơn, từ đó tăng độ phì, độ ẩm và duy trì độ pH của đất ổn định.
– Trong chăn nuôi: Trộn Zeolite vào thức ăn cho lợn, gà sẽ giúp tăng sức đề kháng và kích thích tiêu hóa giúp vật nuôi phát triển tốt hơn. Vì Zeolite sẽ giúp hấp thụ độc tố trong cơ thể vật nuôi.
– Trong xử lý nước thải, chất thải: Zeolite được dùng để tách amoni, ion kim loại nặng, các hợp chất hữu cơ, chì, phốt pho và crom hóa trị sáu. Sau khi sử dụng, Zeolit bị phân hủy nhưng chúng ta có thể tái tạo để sử dụng lại.
– Nhờ khả năng tách nước có chọn lọc nên hạt Zeolit được ứng dụng trong hóa dược, sản xuất cồn tuyệt đối và sản xuất thuốc bảo vệ thực vật.
– Zeolite có khả năng loại bỏ các ion canxi, magie trong nước, giúp giảm lượng nước ăn mòn kim loại và kéo dài tuổi thọ nồi hơi nên được dùng để làm mềm nước cho các nồi hơi vừa và nhỏ.
– Zeolit có tác dụng giải độc cho con người. Cấu trúc tế bào vi mô tổ ong của nó là một trong số ít khoáng chất tích điện âm, có nghĩa là nó có thể thu hút các chất gây ô nhiễm tích điện dương. Bên trong những chiếc lồng tổ ong này mang điện tích âm và có thể chứa những khoáng chất có lợi cho con người như kali. Zeolite sẽ trao đổi các khoáng chất tích điện âm này với các chất gây ô nhiễm tích điện dương trong cơ thể con người. Từ đó giúp con người có sức khỏe tốt hơn.
– Trong ngành hóa dầu: Việc phát hiện ra Zeolite đã tạo ra bước ngoặt lớn trong ngành hóa chất, đặc biệt là ngành hóa dầu. Zeolite chiếm khoảng 95% tổng lượng chất xúc tác, giúp tăng cả số lượng và chất lượng sản phẩm dầu mỏ. Nó được sử dụng trong hầu hết các giai đoạn quan trọng của quá trình lọc hóa dầu như Cracking, Alkyl hóa, Oligome hóa, aromat hóa anken, ankan và Izome hóa.
Có thể thấy Zeolite có rất nhiều ứng dụng hữu ích cho đời sống con người. Hy vọng những thông tin về Zeolite là gì mà Hóa Chất Đông Á vừa chia sẻ ở trên đã giúp bạn đọc có thêm kiến thức về chất này và đừng quên chia sẻ ngay bài viết này đến mọi người nhé.
Giáo sư Nguyễn Lân Dũng là nhà khoa học hàng đầu Việt Nam trong lĩnh vực vi sinh vật học (wiki), với hơn nửa thế kỷ cống hiến cho giáo dục và nghiên cứu. Ông là con trai Nhà giáo Nhân dân Nguyễn Lân, thuộc gia đình nổi tiếng hiếu học. Giáo sư giữ nhiều vai trò quan trọng như Chủ tịch Hội các ngành Sinh học Việt Nam, Đại biểu Quốc hội và đã được phong tặng danh hiệu Nhà giáo Nhân dân năm 2010.
